Структуры и алгоритмы обработки данных. Часть 1. Лабораторные работы №1-5 на языке С++ (для всех вариантов)

Лабораторная работа 1. Методы сортировки массивов с квадратичной трудоемкостью.

Цель работы: Освоить методы сортировки массивов с квадратичной трудоемкостью.

Порядок выполнения работы:
1. Разработать подпрограммы сортировки массива целых чисел методами прямого выбора, методом пузырьковой сортировки и методом шейкерной сортировки.
2. Правильность сортировки проверить путем подсчета контрольной суммы и числа серий в массиве (оформить в виде подпрограммы).
Серией называется неубывающая последовательность элементов массива максимальной длины.
Пример: в массиве 23145314 (23 145 3 14)содержится 4 серии
3. Составить таблицу следующего вида (данные получить экспериментально) для n=100, 200, 300, 400, 500. (n – количество элементов в массиве)
Размер
массива Мф+Сф м. Шелла Мф+Сф пирам. (м. Хоара)
 Убыв. Случ. Возр. Убыв. Случ. Возр.
100      
200      
300      
400      
500      
4. Проанализировать полученные результаты, сравнить их с теоретическими оценками трудоемкости.

Лабораторная работа 2

Быстрые методы сортировки массивов.

Цель работы: Освоить быстрые методы сортировки массивов

Порядок выполнения работы:
1. Разработать подпрограммы сортировки массива целых чисел методом Шелла и методом пирамидальной сортировки (или методом Хоара). Проверить правильность сортировки.
2. Исследовать трудоемкость метода Шелла для n=10, 100, …, 500, n – количество элементов в массиве. Определить последовательность шагов для предварительных сортировок по формуле Кнута. Построить таблицу и проанализировать полученные результаты:
Длина массива Количество шагов по формуле Кнута Последовательность шагов по формуле Кнута Мф+Сф
Метод Шелла
3. Составить таблицу следующего вида (данные получить экспериментально) для n= 100, 200, 300, 400, 500. (n – количество элементов в массиве)
Размер
массива Мф+Сф м. Шелла Мф+Сф пирам. (м. Хоара)
Убыв. Случ. Возр. Убыв. Случ. Возр.
100
200
300
400
500
4. Проанализировать полученные результаты, сравнить их с теоретическими оценками трудоемкости.

Лабораторная работа 3

Быстрые методы сортировки последовательностей.
Цель работы: Освоить быстрые методы сортировки последовательностей
Порядок выполнения работы:
1. Разработать подпрограммы сортировки последовательности целых чисел методом прямого слияния (или методом цифровой сортировки).
2. Разработать сервисные функции для работы со списками:
• заполнение списка (стека) возрастающими числами;
• заполнение списка (стека) убывающими числами;
• заполнение списка (стека) случайными числами;
• печать элементов списка;
• подсчет контрольной суммы элементов списка;
• подсчет количества серий в списке.
3. Составить таблицу следующего вида (данные получить экспериментально) для n= 100, 200, 300, 400, 500. (n – количество элементов в массиве)
Длина списка (Мф+Сф ) метод прямого слияния (цифровая сорт.)
 Возрастающие числа Убывающие числа Случайные числа
100     
200     
300     
400     
500     
4. Проанализировать полученные результаты, сравнить их с теоретическими оценками трудоемкости. Сравнить полученные результаты с трудоемкостью метода прямого выбора и метода пирамидальной сортировки (использовать результаты предыдущих лабораторных работ).

Лабораторная работа 4

Индексация и быстрый поиск.

Цель работы: Изучение методов построения индексных массивов и быстрого поиска с использованием индексации.

Порядок выполнения работы:
1. Написать программу «Телефонный справочник», которая обрабатывает данные об абонентах телефонной станции. Каждый абонент имеет имя, адрес, телефонный номер. В программе описать массив абонентов (назовем его справочник). В справочнике должно быть не менее 10 элементов, которые заполняются либо программно, либо считываются из файла.
2. Разработать подпрограмму создания в памяти компьютера индексного массива для упорядочивания справочника (воспользоваться любым методом сортировки кроме пузырькового). Применить разработанную подпрограмму для создания индексных массивов упорядочивания (в прямом порядке) справочника по имени, адресу и номеру телефона абонента. Вывести на экран исходный массив абонентов и содержимое построенных индексных массивов.
3. Разработать подпрограмму вывода на экран упорядоченного справочника. Применить разработанную подпрограмму для вывода на экран справочника, упорядоченного по возрастанию имени абонента, адреса абонента и номера телефона абонента.
4. Разработать подпрограмму поиска в справочнике с использованием индексного массива. Применить разработанную подпрограмму для поиска абонента по имени, адресу и номеру телефона. Ключ для поиска вводить с клавиатуры.

Лабораторная работа 5

Хеширование и поиск.

Цель работы: Изучение возможности хеширования данных для организации поиска.

Порядок выполнения работы:
1. Разработать подпрограмму хеширования массива целых чисел методом прямого связывания и подпрограмму поиска в хеш-таблице элемента по заданному ключу. Вывести на экран построенную хеш-таблицу.
2. Реализовать подпрограмму хеширования массива целых чисел методом открытой адресации. Для разрешения коллизий использовать линейные и квадратичные пробы. Вывести на экран заполненные хеш-таблицы для m=11 в виде
Номер ячейки 0 1 2 3 …   … m-1
Число         
3. Подсчитать и сравнить количество коллизий при линейных и квадратичных пробах. Построить таблицу и проанализировать полученные результаты:
Размер хеш-таблицы Количество исходных чисел Количество коллизий
  Линейные пробы Квадратичные пробы
13 15  
29 30  
43 45  
67 70  
83 85  
4. Организовать поиск элемента с заданным ключом для метода открытой адресации (линейные и квадратичные пробы).

февраль 2016 г., зачтено без замечаний